Секция вариатора
Использование: машиностроение, приводы вращательного действия различных машин и механизмов. Сущность изобретения: секция вариатора содержит предназначенные для установки на ведущем и ведомых валах два диска, один из которых на рабочей стороне имеет упругие элементы, а второй - зубья. Взаимодействующий с дисками и установленный под углом к ним промежуточный диск имеет на одной стороне зубья для взаимодействия с упругими элементами, а на другой упругие элементы. Одна из свободных поверхностей всех дисков выполнена конической. Промежуточный диск установлен с возможностью перемещения. Свободные концы упругих элементов, взаимодействующие с конической поверхностью, образует плоскую поверхность, а взаимодействующие с плоской поверхностью образуют коническую поверхность. Все зубья выполнены в виде профилированной насечки. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для бесступенчатого изменения скорости вращения приводного вала.
Известна бесступенчатая фрикционная передача (вариатор), содержащее пакет раздвижных дисков и пакеты раздвижных дисков с поясками (схема Байера) (Решетов Д.Н. Детали машин. М. Машиностроение, 1989, с. 271). Регулирование частоты вращения осуществляется смещением осей пакетов дисков, которое сопровождается раздвиганием (сдвиганием) дисков и изменением расстояния пятна контакта от оси вращения. Количество дисков в пакете определяется величиной передаваемой мощности. Недостатком этой схемы является шум в работе, ограниченный диапазон регулирования (d5), а также относительно низкий КПД. Кроме того, при перегрузке в случае проскальзывания вариатор выходит из строя, т.к. на дисках образуются лыски. Эти недостатки частично устранены в конструкции нефрикционного вариатора непрерывного действия (авт. св. N 954678, кл. F 16 H). Он состоит из вала с цилиндрическим шарниром, на котором установлена плоская поворотная шайба с промежуточным диском, имеющим на обоих торцах зубья. С обеих сторон этот диск взаимодействует с упругими элементами, выполненными в виде пружинных пластин и установленными на соответствующих дисках. Этот вариатор имеет два варианта исполнения с диапазонами передаточных чисел 0,383 d -0,383 и 1,360 d 1. По сравнению с аналогом он имеет больший КПД и меньше шумит в работе. Недостатком этого устройства является то, что оно может быть выполнено либо как мультипликатор (ускоритель), либо как редуктор (замедлитель). Кроме того, оно, имея в основе конструкции обгонную муфту, не может работать в режиме торможения или реверса. Задачей настоящего изобретения является расширение диапазона передаточных отношений от ускоряющих до замедляющих, а также обеспечение возможности работать в режиме торможения и реверса. Поставленная задача достигается тем, что зубья на торцовой поверхности ведущего диска выполнены в виде профилированной насечки, а на смежной торцовой поверхности промежуточного диска, установленного под углом к оси ведущего с возможностью радиального перемещения в плоскости этого угла по кольцу, установлены упругие элементы из пружинной проволоки, свободные концы которых образуют коническую поверхность с углом полураствора , причем противоположная торцовая поверхность промежуточного диска выполнена также конической с углом полурастворов , имеет профилированную насечку, при этом ведомый диск имеет на внутренней торцовой поверхности расположенные по кольцу упругие элементы из пружинной проволоки, свободные концы которых образуют плоскую поверхность. В зависимости от требований ресурса, КПД и габаритных ограничений возможны варианты исполнения вариатора: промежуточный диск установлен на поворотном кронштейне и перемещается по дуге окружности, причем ось вращения поворотного кронштейна промежуточного диска смещена относительно плоскости симметрии вариатора; упругие элементы установлены с наклоном вперед по направлению движения (>0); часть упругих элементов устанавливается под углом >0, а часть под углом <0 для обеспечения возможности работы в тормозном и реверсивном режимах. На фиг. 1 показано предлагаемое устройство, продольное горизонтальное сечение; на фиг. 2 то же, продольное вертикальное сечение; на фиг.3 то же, поперечное сечение; на фиг.4 вариант исполнения упругих элементов; на фиг.5 вариант установки промежуточного диска. Предлагаемое устройство состоит из корпуса 1 (фиг.1, 2, 3), в котором расположены ведущий 2, промежуточный 3 и ведомый 4 диски. Ведущий 2 и ведомый 4 диски закреплены на соответствующих валах, установленных на подшипниках непосредственно в корпусе 1. Промежуточный диск 3 при помощи подшипника 5, закрепленного на ползуне 6 (фиг.3), связан с корпусом 1 посредством направляющих 7. Плоскость, образованная верхними и нижними направляющими 7, перпендикулярна оси ведущего (ведомого) вала, а плоскость промежуточного диска 3 составляет с ней (плоскостью направляющих 7) угол <0>00>0. Перемещение ползуна 6, а значит и промежуточного диска 3, осуществляется при помощи специального привода, например винтового 8 (фиг.3). Торцовая поверхность ведущего диска 2, которая контактирует с промежуточным диском 3, выполнена рифленой с профилированной насечкой. Смежная торцовая поверхность промежуточного диска 3 образуется свободными концами упругих элементов 9, установленных концентрическими кругами в несколько рядов, образует коническое кольцо 10 с углом полураствора . Упругие элементы выполняются, например, из пружинной проволоки и устанавливаются по нормали к торцовой поверхности диска 3 или под углом >0 (вперед по ходу (фиг. 4). В этом случае часть упругих элементов может устанавливаться под углом <0 (наклон "назад по ходу") для обеспечения работы в режиме торможения или реверса. Противоположный торец промежуточного диска 3 выполнен в виде конуса с углом полураствора и также имеет профилированную насечку. Ведомый диск 4 выполнен с плоским торцом, образованным свободными концами упругих элементов, закрепленных на нем в виде кольца 11 аналогично промежуточному диску. Все три диска прижаты друг к другу осевой силой затяжки гайки 12. При этом упругие элементы 9 свободными концами проникают в углубления насечки и, упираясь в выступы, осуществляют упругое зацепление дисков в зоне пятна контакта 13 (фиг.3), площадь которого (или угол охвата 2) определяется глубиной насечки и углом наклона m промежуточного диска 3. Работает предлагаемое устройство следующим образом. При вращении ведущего диска 2 упругие элементы 9 промежуточного диска 3, которые находятся в зоне пятна контакта 13, воспринимают тангенциальное усилие F (фиг.3) и приводят во вращение промежуточный диск 3, на котором они установлены. Диск 3, в свою очередь, находясь другим своим рифленым торцом в контакте со свободными концами упругих элементов 9 ведомого диска 4, передает вращение ему (фиг.1). Передаточное отношение вариатора определяется из выражения: где R2 радиус средней линии пятна контакта дисков 2 и 3 на диске 2; R3 радиус средней линии пятна контакта дисков 2 и 3 на диске 3; R'3 радиус средней линии пятна контакта дисков 3 и 4 на диске 3; R4 радиус средней линии пятна контакта дисков 3 и 4 на диске 4. В исходном положении центры всех трех дисков (2, 3 и 4) лежат по одной прямой и имеет место соотношение R2=R3=R'3=R4 Таким образом, передаточное отношение i=1. Для изменения передаточного отношения ползун 6 (с подшипником 5 и промежуточным диском 3) при помощи специального привода 8 перемещается в направляющих 7 на величину x вправо (+) или влево (-) от среднего положения. Если x>0, то получаем:т.е. i>1. Если же x<0, то:
т.е. i<1. Вместо направляющих 7 ползун 6 может выполняться в виде кронштейна 14 и устанавливаться шарнирно на оси 15 (фиг. 5), параллельной оси ведущего вала. Для выравнивания усилий натяга между дисками кронштейн 14 устанавливается на оси 15 с возможностью осевого перемещения. Усилие приводного механизма 8 определяется разностью сил в пятнах контакта дисков 2-3 и 3-4. Для создания усилия необходимой величины и знака ось 15 сдвинута относительно плоскости симметрии вариатора на величину (фиг. 5). Крепление упругих элементов 9 под углом g к плоскости диска позволяет повысить несущую способность вариатора. В этом случае они работают не только на изгиб, но и на сжатие, обеспечивая самозатягивание дисков. Кроме того, это повышает плавность работы вариатора. По сравнению с прототипом предлагаемый вариатор обладает рядом преимуществ: имеет широкий диапазон регулирования в одной секции, т.е. обеспечивает как ускорительный, так и замедлительный режим работы; обеспечивает работу в режиме торможения исполнительного устройства, может быть реверсирован; имеет более высокие удельные характеристики (объем на единицу мощности) при одинаковом ресурсе; в отличие от прототипа по мере износа упругих элементов в процессе эксплуатации его характеристики изменяются в меньшей степени, т. к. длина упругого элемента не входит в выражение для передаточного отношения (в отличие от прототипа).
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5